一种嵌入式的太阳能干燥实时监控系统的设计方案（3） 监控系统, 太阳能, 处理器, 变频器, 嵌入式

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3.2 PID控制的应用
　　太阳能干燥设备运行时的系统参数无法通过有效的测量手段来获得，从而无法建立精确的数学模型。因此，系统控制器的结构和参数必须依靠工程经验和现场调试来确定。在综合考虑多种控制理论可行性并参照工程实践的基础上，嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统选用数字PID控制技术来实现干燥室的恒温控制。
　　嵌入式处理器以上位机设定干燥温度作为系统控制目标量，以干燥室内实时温度作为输入量调用PID算法。PID 输出量作为变频器工作频率对鼓风机转速进行实时调节，从而实时增减送入热风量以完成对干燥室的恒温控制。
　　考虑到温度调节的特性要求，本系统采用PI 控制。即先根据被控对象的特性和一般惯例确定比例系数和积分系数的整定范围，再通过手动调节鼓风机转速记录干燥室内温度变化曲线并进行分析，最终确定PID算法中比例系数为0.4，积分系数为6.

　　

　　3.3 上位机软件设计
　　本系统采用北京亚控公司的组态王软件完成对上位机监测和控制界面的设计。上位机软件实现对干燥室内温湿度等参数的实时显示以及恒温干燥温度、湿度上限的设定，设计选用Access2010数据库作为记录的数据库，便于数据的保存与分析。
　　应用组态王软件新建一个太阳能干燥监测和控制系统，选用单片机通信协议并通过RS 485 接口实现与嵌入式处理器的通信。上位机软件界面采取分区设计，界面由显示区和操作区构成。显示区包括温湿度、转速、排气扇状态的实时显示以及温湿度变化趋势图。操作区可实现对恒温干燥温度和湿度上限的人工设定。
　　上位机软件界面如图7所示。

　　

　　4 运行测试结果与分析
　　目前本文设计的嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统已经在某农场的牧草干燥作业中顺利运行了6个多月的时间。在前期的干燥作业中，在通过设置不同的温湿度条件并对系统采集到的温湿度数据以及对干燥物料品质进行分析研究的基础上，确定最佳的干燥温度与湿度上限以供后期规模化干燥作业参考。在系统实际运行过程中，干燥室内实际温度值与设定值间的误差能够保持在0.5 ℃以内，较为理想。使用本系统进行干燥的牧草在干燥过程中为最佳温湿度条件的恒温适湿干燥，芳香性氨基酸以及蛋白质保存较好，因此干燥后的牧草适口性好、家畜的消化能摄入量高，即牧草的干燥品质较好，且单位耗电量仅为0.15 kW·h/kg.表1是系统在2013年6月7日干燥作业中采集到的部分数据，系统设定干燥温度为51 ℃，设定湿度上限为48%.

　　

　　5 结语
　　本文详细介绍了基于STM32和FreeRTOS的嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的设计方案。方案采用具有Contex-M3内核的STM32嵌入式微处理器，使系统小型化，且便于提高性能以及与各种外设连接扩展。将嵌入式实时操作系统FreeRTOS移植到STM32，使系统运行更加稳定，具有高实时性、抗干扰能力强等特点。系统整体造价较为低廉，宜于推广使用，且经实际生产应用验证：采用本嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的干燥设备更加节能高效，干燥物料的品质也有所提高。